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小分子物质双(3-氨基丙基)胺对废水混合菌落生物膜抑制效应-一体化污水处理
浏览: 发布日期:2018-01-23

  生物膜是由附着于惰性或者活性固体材料表面的微生物和由微生物自身分泌的胞外聚合物所形成的高度结构化微生物群落.它的存在可引起一系列的环境问题, 如膜污染、管道堵塞、金属表面腐蚀和消毒效率降低等.目前对其控制多采用杀菌剂、抗菌剂或其它大分子抑菌剂.但这些物质的释放无疑带来了新的环境风险, 长期使用抗生素或者杀菌剂还会导致细菌的抗药性增加, 耐药细菌蔓延.

  利用化学信号小分子物质通过抑制微生物活性, 调节生物膜的发展过程是目前生物膜领域的研究热点.双(3-氨基丙基)胺是某些微生物自身产生的可以引起一些生物膜解体的信号分子, 探讨这种小分子物质的生物膜调控作用对于开发新兴生物膜控制技术具有重要意义.目前, 双(3-氨基丙基)胺对微生物附着的抑制研究较少且多集中于纯菌生物膜, 对混合菌落生物膜的抑制研究鲜有报道.实际环境中的生物膜多由混合菌群组成, 因此有必要研究双(3-氨基丙基)胺对混合菌落生物膜抑制及解聚效应.本研究将以双(3-氨基丙基)胺为目标物质, 考察这种小分子物质对混合菌落生物膜形成抑制及解体效应机制, 并进一步对其减缓膜表面生物污染的可行性进行探讨.该研究对于建立基于小分子物质的生物膜抑制及膜表面生物污染控制方法具有理论价值与实际指导意义.

  2 材料与方法

  2.1 化学试剂和微生物

  双(3-氨基丙基)胺购自美国Sigma-Aldrich公司, 纯度为99%.其他化学试剂购于梦怡美生物科技有限公司(北京, 中国).

  混合菌落来源于清河污水处理厂(北京, 中国)的活性污泥, 经过上海美吉生物医药科技有限公司通过MiSeq系统分析组成主要包括丛毛单胞菌属、孢鱼菌科、肠杆菌科、梭状芽孢杆菌、鞘脂单胞菌属、假单胞菌属、固氮螺菌属(Azospira)、寡养单胞菌和铁杆菌属.活性污泥首先用磷酸盐缓冲溶液(PBS)冲洗3遍以去除污泥溶液中的EPS及有机物, 然后将活性污泥重悬于合成废水中用于制备混合菌菌悬液(100 mg VSS·L-1)(大约108 CFU·mL-1).合成废水包含(mg·L-1):COD (以葡萄糖计算) 825;NH4Cl 192;KH2PO4 35.1;NaCl 100;MgSO4 100;CaCl2 10;pH=6.5~7.5.

  2.2 双(3-氨基丙基)胺对混合菌群生物膜形成影响研究

  将含有不同浓度双(3-氨基丙基)胺的菌悬液加入到聚苯乙烯的12孔板中, 每孔4 mL, 双(3-氨基丙基)胺终浓度分别为0、2.62、6.55、13.10、26.20、65.50或131 mg·L-1, 每个浓度设置6个平行样以确保实验的准确性.将加完样品的12孔板置于30 ℃恒温培养箱中分别静止培养12 h和24 h.培养完成后附着的生物膜量利用结晶紫染色法相对定量.本研究以活性污泥作为生物膜形成的混合菌来源, 随着生物膜的形成和发展, 其群落结构可能会与活性污泥有一些差别, 但本研究重点不是关注其群落结构演变过程, 而是以生物膜形式负载到基底材料表面生物量的变化, 并以其来评价生物膜形成抑制效应.

  2.3 不同基底层上双(3-氨基丙基)胺对混合菌群附着影响

  抑制剂对微生物附着特性的影响和附着基底材料表面特性密切相关, 所以本研究进一步考察了双(3-氨基丙基)胺对微生物在不同材质基底层表面的附着影响.分别选择具有不同亲疏水性特性的聚苯乙烯(6孔板)、玻璃片和聚甲基丙烯酸甲酯3种材料为附着界面, 3种表面接触角分别为93.4°、22.0°和81.9°.分别将20 mm× 20 mm玻璃片或聚甲基丙烯酸甲酯片置于6孔板中进行附着实验, 每个孔板中加入6 mL污泥悬液, 再分别加入双(3-氨基丙基)胺终浓度为0或131 mg·L-1.污泥悬液、基质浓度及操作条件和上述的附着实验一致.培养24 h后, 将载玻片烘干, 染色并用Olympus相机进行拍照记录.

  2.4 双(3-氨基丙基)胺对膜污染缓解效应研究

  将双(3-氨基丙基)胺投加到溶液通过和悬浮微生物作用之后, 微生物在膜表面的附着实验分别以静态附着和动态死端过滤形式考察.静态实验如下:将直径为3.5 cm的膜片置于6孔培养板, 加入10 mL混合菌液, 同时加入双(3-氨基丙基)胺使其终浓度分别为0或131 mg·L-1, 30 ℃恒温培养箱中静止培养24 h, 取出膜片放在15 mL PBS中超声使附着的微生物完全脱落后在旋涡混合器中快速混合15 s, 测定细菌OD600值(因结晶紫染料会和膜材料表面结合影响实验结果, 故采用混合涡旋脱离生物膜后直接测菌体光密度的方法).动态过滤采用恒流过滤模式, 使用一台蠕动泵将储水容器中混合菌液(含有或不含有131 mg·L-1的双(3-氨基丙基)胺)通过管道压入膜组件(膜直径4 cm), 电子天平收集溶液的质量数据, 当膜表面造成一定堵塞之后, 膜压增加, 压力表读数上升.通过压力表读数可间接评价膜污染发展状况.

  2.5 双(3-氨基丙基)胺对混合菌群生物膜解体影响研究

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